NOME: PROF: Alex LISTA 2 DATA: 07/ 03/ 2011 Termoquímica (2a Fase) 1. (Pucrj 2006) Dadas as reações termoquímicas de formação de CO2 (reações 1a e 1b): 2C (s) + 2O2 (g) 2CO2 (g) ∆H0 = - 787 kJ 2CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g) ∆H0 = - 566 kJ a) calcule a variação de entalpia para a formação de 1 mol de CO a partir da reação do carbono com o gás oxigênio, dada a seguir: 2C (s) + O2 (g) 2CO (g) b) calcule quantos mols de monóxido de carbono serão produzidos pela combustão completa de 2400 kg de carbono? 2. (Uerj 2007) As reações de oxirredução I, II, III, descritas a seguir, compõem o processo de produção do gás metano a partir do carvão, que tem como subproduto o dióxido de carbono. Nessas reações, o carvão está representado por C(s) em sua forma alotrópica mais estável. I. C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) II. CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) III. C(s) + 2H2(g) CH4(g) Entre as vantagens da utilização do metano como combustível estão a maior facilidade de distribuição, a queima com ausência de resíduos e o alto rendimento térmico. O alto rendimento térmico pode ser observado na seguinte equação termoquímica. CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) ∆H = - 802 kJ Considere as entalpias de formação das substâncias a seguir: Identifique os agentes redutores nas equações II e III e escreva a equação termoquímica que representa a produção do metano a partir do carvão. 3. (Ufc 2008) Considere um recipiente hermeticamente fechado com capacidade de 1000 L e a uma temperatura de 27 °C, onde é adicionado 1 L de água. Despreze os efeitos da temperatura sobre a densidade da água. Dados: densidade da água = 1g . mL-1; pressão de vapor da água a 27 °C = 0,035 atm e R = 0,082 atm . L . mol-1 . K-1 a) Nessas condições, haverá a evaporação completa desta massa de água? Justifique numericamente a sua resposta, considerando gás com comportamento ideal. b) Sabendo que o calor de vaporização da água a 100 °C é 40,7 kJ . mol-1, qual deverá ser a quantidade de calor necessária para vaporizar 1 L de água? 4. (Ufmg 2007) A produção de ácido nítrico é importante para a fabricação de fertilizantes e explosivos. As reações envolvidas no processo de oxidação da amônia para formar ácido nítrico estão representadas nestas três equações: 4 NH3(g) + 5 O2(g) 4 NO(g) + 6 H2O(ℓ) ∆H0 = - 1170 kJ/mol 2 NO2(g) 2 NO(g) + O2(g) ∆H0 = 114 kJ/mol 6 NO2(g) + 2 H2O(ℓ) 4 HNO3(aq) + 2 NO(g) ∆H0 = - 276 kJ/mol reação 1a a) ESCREVA a equação química reação 1b balanceada da reação completa de produção de ácido nítrico aquoso, HNO3(aq), e água a partir de NH3(g) e O2(g). b) CALCULE o ∆H0 da reação descrita no item "a". (Deixe seus cálculos registrados, explicitando, assim, seu raciocínio.) c) CALCULE a massa, EM GRAMAS, de ácido nítrico produzido a partir de 3,40 g de amônia. (Deixe seus cálculos registrados, explicitando, assim, seu raciocínio.) Dados: N = 14; H = 1; O = 16. 5. (Ufpr 2007) Um estudante mergulhou uma barra de zinco de 300,00 g em uma solução de nitrato de prata e observou a formação de um depósito na barra. Seu peso, após a ocorrência da reação, foi de 321,6 g. Pergunta-se: Dados:Massas atômicas: Zn = 65; Ag = 108; N = 14; O = 16. Zn2+ + 2e- Zn E0 = - 0,76 V Ag+ + e- Ag E0 = + 0,80 V Zn2+ + 2Ag(s) 2Ag+ + Zn(s) ∆H = + 365 kJ a) Que material foi depositado? b) O processo absorveu ou liberou energia? Demonstre a quantidade? c) Identifique o agente oxidante, o agente redutor, o elemento que sofreu oxidação e o elemento que sofreu redução. 6. (Ufmg 2008) O metano, CH4 , principal constituinte do gás natural, é um combustível conhecido. Um segundo composto também empregado como combustível é o nitrometano, CH3NO2, que é utilizado em certos carros de corrida e em aeromodelos. Analise a equação balanceada que representa a combustão completa de cada um desses combustíveis: CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g) CH3NO2(g) + 3/4 O2(g) CO2(g) + 3/2 H2O(g) + 1/2 N2(g) a) Uma característica importante de um combustível está relacionada à capacidade de os produtos de sua queima exercerem pressão sobre o pistão de um cilindro do motor. Isso pode ser avaliado por meio de um quociente Q, que se obtém aplicando-se esta fórmula: Q = Quantidade em mols de produtos gasosos/Quantidade em mols de reagentes gasosos Considerando-se as equações acima representadas, CALCULE o valor de Q para a combustão do metano e do nitrometano. (Deixe seus cálculos indicados, evidenciando, assim, seu raciocínio.) b) Outra característica de um combustível, também importante, é a sua entalpia de combustão, ∆H0. No quadro da Figura 1, estão indicados os valores de ∆H0 de formação de alguns compostos na mesma temperatura. Considerando esses valores de ∆H0 de formação, CALCULE o ∆H0 de combustão de 1 mol de nitrometano gasoso. (Deixe seus cálculos indicados, evidenciando, assim, seu raciocínio.) c) No funcionamento de um motor, uma mistura de combustível e ar entra no cilindro e é comprimida pelo pistão. Ao ser queimada, essa mistura provoca o deslocamento do pistão dentro do cilindro, como mostrado na Figura 2. Analise o quadro da Figura 3, em que se apresentam o ∆H0 de combustão e as quantidades estequiométricas de dois combustíveis e do oxigênio em um cilindro, que opera ora com um, ora com outro desses combustíveis. Com base no valor de ∆H0 de combustão do nitrometano obtido no item b desta questão, CALCULE o calor liberado na combustão de 1,7 mol de nitrometano. d) Considerando a resposta dada no item a - ou seja, o valor calculado de Q - e no item c, ambos desta questão, EXPLIQUE por que o nitrometano, em comparação com o metano, é um combustível que imprime maior potência a um motor. plásticos. Na indústria, a amônia pode ser obtida a partir de seus elementos constituintes, por um processo denominado Processo de Haber (reação a seguir), em homenagem ao químico alemão Fritz Haber que desenvolveu esse método de síntese em altas pressões. N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ∆H° = - 92,2 KJ mol-1 a 25°C a) A decomposição da amônia é um processo endotérmico? Justifique. b) Calcule o valor de ∆H°, a 25 °C, quando são produzidos 0,340 g de amônia. c) O que ocorre ao equilíbrio quando se retira NH3 durante a sua produção no Processo Haber? 10. (Ufrj 2009) O biodiesel tem sido considerado uma importante alternativa bioenergética ao diesel produzido a partir do petróleo. O biodiesel é constituído por uma mistura de ésteres derivados de óleos vegetais. Quando o biodiesel é obtido a partir da reação de óleo de soja com metanol, um de seus principais componentes é o oleato de metila, cuja fórmula estrutural está representada a seguir: 7. (Ufrrj 2008) O eteno (etileno) é utilizado na fabricação do polietileno, um tipo de plástico muitíssimo importante na atualidade, pois serve para a confecção de sacos para embalagem, toalhas de mesa, cortinas de banheiro, etc. Calcule o calor de combustão do eteno, com base nos dados da tabela a seguir: 8. (Ueg 2008) Manter uma temperatura constante é uma das funções fisiológicas primárias do corpo humano, essencial ao correto funcionamento muscular e ao controle cinético das reações bioquímicas. Aproximadamente, 40% da energia produzida pela queima da glicose é empregada nas contrações musculares e nervosas. O restante se manifesta como calor, que é utilizado para manter a temperatura corporal. Quando o organismo produz intenso calor, o excesso deve ser dissipado para as vizinhanças, o que pode ocorrer por radiação, convecção e evaporação (suor). Para responder a esta questão, considere que a evaporação é o único sistema de dissipação do calor. As equações químicas a seguir representam os dois processos especificados no texto. Dados: capacidade calorífica média do corpo: 4 × 103 J °C-1 kg-1 densidade da água: 1 g mL-1 aceleração da gravidade: 10 m s-2 C6H12O6(s) + O2(g) CO2(g) + H2O(ℓ)∆H = - 2800 kJ mol-1 H2O(g) ∆H = + 40 kJ mol-1 H2O(ℓ) Tendo em vista as informações apresentadas, responda ao que se pede. a) Calcule o volume de água líquida que um atleta deve transpirar ao oxidar 45 g de glicose. b) Admitindo não ocorrer transpiração ao subir uma escada de 10 metros de altura, calcule a variação na temperatura corpórea que um homem de 100 kg sofreria. 9. (Puc-rio 2009) A amônia (NH3) é usada na produção de fertilizantes nitrogenados, na fabricação de explosivos e de a) Escreva a fórmula estrutural do isômero geométrico do oleato de metila. b) Calcule a soma das energias de ligação do oleato de metila, sabendo que a soma das energias de ligação presentes no ácido oleico é de 21.169 kJ/mol. Utilize, para o cálculo, as energias de ligação apresentada a seguir. Energias de Ligação (kJ/mol) C-H C-C C=C C=O C-O O=O O-H 414 335 600 750 336 494 461 11. (Ufc 2010) A reação de fotossíntese é 6CO2(g) + 6H2O(l) C6H12O6(s) + 6O2(g). Estima-se que, em uma floresta tropical, cerca de 34.000 kJ m-2 de energia solar são armazenados pelas plantas para realização da fotossíntese durante o período de um ano. A partir dos valores de entalpia padrão de formação fornecidos abaixo, calcule: Substância CO2(g) Entalpia padrão de formação (kJ mol-1) -394 H2O(l) C6H12O6(s) O2(g) -286 -1.275 0 a) a massa de CO2 que será retirada da atmosfera por m2 de floresta tropical durante o período de um ano. b) a massa de O2 que será adicionada à atmosfera por m2 de floresta tropical durante o período de um ano. 12. (Ufes 2010) A equação abaixo representa um grande problema causado pela poluição atmosférica: a desintegração lenta e gradual que ocorre nas estátuas e monumentos de mármore (CaCO3), exercida pelo ácido sulfúrico formado pela interação entre SO2, o oxigênio do ar e a umidade. 2 CaCO3(s) + H2SO4(aq) CaSO4(s) + H2O(l) + CO2(g) CaCO3 H2SO4 CaSO4 H2O CO2 Calor de CaO Formação - 1207 −813,8 − − − (kJ/mol,25 1434,5 286 393,5 635,5 ºC e 1 atm) De acordo com os dados acima, a) determine a variação de entalpia da reação entre o ácido e o calcário (CaCO3); b) escreva a equação da reação de decomposição do carbonato de cálcio (CaCO3); c) determine a entalpia de decomposição do carbonato de cálcio (CaCO3); d) calcule a quantidade máxima de gesso (CaSO4) que pode ser formada pela reação de 44,8 litros de SO2(g) lançado na atmosfera, nas CNTP. 13. (Ufop 2010) Considere o gráfico a seguir, que mostra a variação de energia da reação para a obtenção do metanol a partir do clorometano. seja transformada em dióxido de carbono e água. Considerando-se apenas o metabolismo do macarrão diário, qual é a contribuição do nadador para o efeito estufa, em gramas de dióxido de carbono? b) Qual é a quantidade de energia, em kJ, associada à combustão completa e total do macarrão (glicose) ingerido diariamente pelo nadador? Dados de entalpia de formação em kJ mol-1: glicose= - 1.274, água= - 242, dióxido de carbono = - 394. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: A atividade humana tem sido responsável pelo lançamento inadequado de diversos poluentes na natureza. Dentre eles, destacam-se: amônia: proveniente de processos industriais; dióxido de enxofre: originado da queima de combustíveis fósseis; cádmio: presente em pilhas e baterias descartadas. 15. (Uerj 2008) O trióxido de enxofre é um poluente secundário, formado a partir da oxidação do dióxido de enxofre, poluente primário, em presença do oxigênio atmosférico. Considere as seguintes entalpias-padrão de formação a 25 °C e 1 atm: SO2 = - 296,8 kJ × mol-1 SO3 = - 394,6 kJ × mol-1 Determine a variação de entalpia da reação de oxidação do dióxido de enxofre e apresente a fórmula estrutural plana do trióxido de enxofre. a) Classifique esta reação. b) Em quantas etapas esta reação se processa? Justifique. c) Esta reação é exotérmica ou endotérmica? Justifique. d) Qual é o valor da energia de ativação? TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: A cada quatro anos, durante os Jogos Olímpicos, bilhões de pessoas assistem à tentativa do Homem e da Ciência de superar limites. Podemos pensar no entretenimento, na geração de empregos, nos avanços da Ciência do Desporto e da tecnologia em geral. Como esses jogos podem ser analisados do ponto de vista da Química? As questões a seguir são exemplos de como o conhecimento químico é ou pode ser usado nesse contexto. 14. (Unicamp 2009) O nadador Michael Phelps surgiu na Olimpíada de Beijing como um verdadeiro fenômeno, tanto pelo seu desempenho quanto pelo seu consumo alimentar. Divulgouse que ele ingere uma quantidade diária de alimentos capaz de lhe oferecer uma energia de 50 MJ. Quanto disto é assimilado, ou não, é uma incógnita. Só no almoço, ele ingere um pacote de macarrão de 500 gramas, além de acompanhamentos. a) Suponha que o macarrão seja constituído essencialmente de glicose (C6H12O6), e que, no metabolismo, toda essa glicose 3 n (Ag) = 0,2 mol. Gabarito: 2Ag+ + Zn(s) Resposta da questão 1: a) A reação 2 pode ser obtida pela soma da reação 1a e a inversa da reação 1b, mostrado a seguir: (1a) 2C(s) + 2O2(g) 2CO2(g) ∆H0 = - 787 kJ (1b) 2CO2(g) 2CO(g) + O2(g) ∆H0 = + 566 kJ _______________________________________ 2C(s) + O2(g) 2CO(g) ∆H0 = - 221 kJ para a formação de 1 mol de CO(g) a variação de entalpia seria então a metade do valor: - 110,5 kJ. b) A reação e completa e a estequiometria da reação é 1 mol C para 1 mol CO2. Assim, se 2400 kg de C equivalem a 200.000 mols de C, tem-se a formação de 200.000 mols de CO. Resposta da questão 2: Equação II: CO(g). Equação III: H2(g). 2C(s) + 2H2O(g) CH4(g) + CO2(g) ∆H = +16 kJ Resposta da questão 3: a) Pela equação de gases ideais tem-se n = (0,035 atm . 1000 L)/(0,082 atm . L . mol1 . K1 . 300 K). Assim n = 1,42 mol. A partir dessa quantidade em mol, pode-se calcular a massa de água (massa molar = 18,0 g.mol1) como sendo aproximadamente 26,0 g. Como a densidade da água é 1 g.mL1, tem-se que 26,0 mL deverão ser evaporados. Assim, pode-se afirmar que não haverá a evaporação completa de 1 L de água. b) Para uma quantidade de 1 L ou 1000 mL com densidade de 1 g . mL1, tem-se 1000 g de água. Esta massa equivale a aproximadamente 55,6 mol de água. Como o calor de vaporização é 40,7 kJ por mol de água, tem-se que a quantidade de calor necessária para vaporizar 55,6 mol é aproximadamente 2263 kJ. Resposta da questão 4: a) Somando a primeira equação com a segunda, multiplicada por três, mais a terceira, teremos: 4NH3 + 8O2 4H2O + 4HNO3. b) Somando o ∆H da primeira equação com o da segunda, multiplicado por três, mais o ∆H da terceira equação, teremos: ∆H(total) = - 1170 + 3(- 114) - 276 = - 1788 kJ. c) 4NH3 + 8O2 4H2O + 4HNO3 4 × 17 g ----------------------- 4 × 63 g 3,40 g ----------------------- m m = 12,6 g Resposta da questão 5: a) A prata foi o material depositado, pois apresenta o maior potencial de redução. b) Massa de prata depositada = 321,6 - 300 = 21,6 g. 1 mol (Ag) ----- 108 g n (Ag) ----- 21,6 g Zn2+ + 2Ag(s) ∆H = - 365 kJ De acordo com a equação anterior: 2 mols (Ag) ----- 365 kJ 0,2 mol (Ag) ----- Q Q = 36,5 kJ. O processo liberou 36,5 kJ. c) 2Ag+ + Zn(s) Zn2+ + 2Ag(s) +1 0 +2 0 + 0 Ag para Ag : o elemento prata sofreu redução. Zn0 para Zn2+: o elemento zinco sofreu oxidação. O nitrato de prata é o agente oxidante e o zinco metálico é o agente redutor. Resposta da questão 6: a) CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g) Produtos gasosos = 3 mols Reagentes gasosos = 3 mols Q = 3 mols/3 mols = 1 CH3NO2(g) + 3/4 O2(g) CO2(g) + 3/2 H2O(g) + 1/2 N2(g) Produtos gasosos = 3 mols Reagentes gasosos = 1,75 mols Q = 3 mols/1,75 mols = 1,71 b) CH3NO2 + 0,75O2 CO2 + 1,5H2O + 0,5N2 - 75 0 - 394 1,5(-242) 0 ∆H0 (comb) = H(produtos) - H(reagentes) ∆H0 (comb) = [- 394 - 363] - [- 75] = - 682 kJ c) A partir da equação de combustão, temos: 1 mol (CH3NO2) ------ 682 kJ (calor liberado) 1,7 mol (CH3NO2) ------ E E = 1159,4 kJ d) O nitrometano imprime maior potência a um motor, pois a energia liberada na queima de um mol desse combustível é maior do que a liberada por um mol de metano e, além disso, de acordo com o valor de Q, percebemos que o nitrometano apresenta um quociente maior e utiliza menor quantidade de gás oxigênio na combustão. Resposta da questão 7: ∆H = 337,2 kcal. Resposta da questão 8: a) 189 mL. b) ∆t ≈ 3,75 × 102 °C. Resposta da questão 9: Resolução: a) Sim. A reação de formação de amônia é exotérmica, pois a variação de entalpia é negativa (DH° < 0), isto significa que a reação inversa (decomposição da amônia), é endotérmica (DH° > 0). b) MM (NH3) = 17,0 g mol-1 4 17 g ¾ 1 mol 0,340 g ¾ n n = 0,020 mol De acordo com a equação: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ∆H° = - 92,2 KJ mol-1 a 25°C 2 mols NH3 ------ liberam 92,2 kJ 0,020 mol NH3 ------ liberam E E = 0,922 kJ O valor do ∆Ho, a 25 ºC, quando são produzidos 0,340 g de Para 1 m2 : 6 mol CO2 2.805 kJ 6 x 44 g 2.805 kJ mCO2 34.000 kJ mCO2 3200 g b) Teremos: 6 mol O2 amônia é de 0,922 kJ. 6 x 32 g O2 c) De acordo com o princípio de Le Chatelier, a reação desloca no sentido de formar mais NH3. mO2 2805 kJ 2805 kJ 34.000 kJ.m2 mO2 2327 g.m2 Resposta da questão 10: Resposta da questão 12: a) CaCO3(s) + H2SO4(aq) CaSO4(s) + H2O(l) + CO2(g) [- 1207 + (- 813,8)] [- 1434,5 + (- 286) + (-393,5)] DH = HPRODUTOS - HREAGENTES DH = [- 1434,5 + (- 286) + (-393,5)] - [- 1207 + (- 813,8)] = 93,2 kJ b) CaCO3(s) ® CaO(s) + CO2(g) a) c) CaCO3(s) ® CaO(s) + CO2(g) [-1207] [-635,5 + (-393,50] DH = HPRODUTOS - HREAGENTES DH = [-635,5 + (-393,50] - [-1207] = + 178 kJ b) d) Teremos: SO2 + ½ O2 ® SO3 SO3 + H2O ® H2SO4 CaCO3 + H2SO4 CaSO4 + H2O + CO2 SO2 + ½ O2 + CaCO3 ® CaSO4 + CO2 (global) das energias de ligação do ácido oleico = 21.169 kJ/mol. Cálculo da soma das energias de ligação do oleato de metila a partir da soma das energias de ligação do ácido oleico: - Retirar uma ligação O-H = - 46 kJ/mol. - Acrescentar uma ligação C-O = + 336 kJ/mol. - Acrescentar 3 ligações C-H = 3 × (+ 414 kJ/mol). Soma das energias de ligação de oleato de metila: 22.286 kJ/mol. Resposta da questão 11: a) A partir da equação química (6CO2(g) + 6H2O(l) C6H12O6(s) + 6O2(g)) podemos calcular a variação de entalpia. 0 Hreação H0f ,C6H12O6 6H0f,CO2 6H0f,H2O 0 Hreação 1275 6 394 6 286 0 Hreação 1275 4080 0 Hreação 2805kJ. 22,4 L ----------------------- 136 g 44,8 L ----------------------- m(CaSO4) m(CaSO4) 272 g ou 2 mols de CaSO4. Resposta da questão 13: a) Reação de deslocamento. b) A reação se processa em uma etapa, pois encontramos um estado de transição (complexo ativado). c) Como a entalpia dos produtos é menor do que a entalpia dos reagentes, concluímos que a reação é exotérmica (DH < 0; DH = - 24 kcal.mol-1). d) De acordo com o gráfico; Eat = 24,5 kcal.mol-1. = 2805 kJ. Resposta da questão 14: a) A equação da transformação da glicose no metabolismo é dada por: 1C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O Teremos: C6H12O6 ¾ 6 CO2 180 g ¾ 6 ´ 44 g 500 g ¾ m 5 m = 733,33 g de CO2 b) A partir da combustão da glicose, vem: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O ( 1274 kJ) 0 394 kJ 6.(-242 kJ) Hr Hp ∆H = Hp – Hr ∆H = [6 – 394) + 6(– 242)] – [(– 1274) + 0] ∆H = – 2542 kJ.mol–1 de C6H12O6 1 mol de C6H12O6 libera 2542 kJ 180 g ––––––––––––– 2542 kJ 500 g ––––––––––––– E E = 7061kJ A quantidade de energia, em kJ, associada à combustão completa e total do macarrão (glicose) ingerido diariamente pelo nadador é igual a 7061 kJ. Resposta da questão 15: ∆H = - 97,8 kJ × mol-1 Observe a figura a seguir: 6 Resumo das questões selecionadas nesta atividade Data de elaboração: Nome do arquivo: 08/03/2011 às 01:20 lista2-med Origem/Doc: Server INTERBITS Legenda: Q/Prova = número da questão na prova Q/DB = número da questão no banco de dados do SuperPro® Q/prova Q/DB 1 2 3 4 5 6 7 8 9 rio/2009 10 11 12 13 14 64436 Química 73014 Química 78482 Química 82321 Química 82341 Química 83702 Química 83732 Química 83748 Química 87346 Química Analítica 87470 Química 92662 Química 94369 Química 95225 Química 87096 Química Unicamp/2009 78491 Química 15 Matéria Fonte Tipo Pucrj/2006 Uerj/2007 Ufc/2008 Ufmg/2007 Ufpr/2007 Ufmg/2008 Ufrrj/2008 Ueg/2008 Puc- Analítica Analítica Analítica Analítica Analítica Analítica Analítica Analítica Ufrj/2009 Ufc/2010 Ufes/2010 Ufop/2010 Analítica Analítica Analítica Analítica Analítica Uerj/2008 Analítica 7